JP5877993B2

JP5877993B2 - 杭頭の接合構造

Info

Publication number: JP5877993B2
Application number: JP2011229733A
Authority: JP
Inventors: 岡安　隆史; 隆史岡安; 章宮田
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2031-10-19
Also published as: JP2013087507A

Description

本発明は、杭の上部(杭頭)とパイルキャップとの接合部の構造に関するものである。

下記非特許文献にもあるように、杭頭の接合構造は、剛結(固定)からピン接合までさまざまな方法があるが、既製杭を対象としたものが多い。場所打ち杭の場合、同非特許文献の表１（下記に表１として表示）に示されているように、杭体主筋をパイルキャップ等へ定着させる接合構造が一般的である。

また、場所打ち杭の杭頭に鋼管を設置した杭(場所打ち鋼管コンクリート杭)の場合、杭体主筋の定着に加えて、鋼管外周にアンカー筋を溶接することが行われる。
「杭頭を固定しない接合方法と設計」建築技術、2000年9月、松尾雅夫著 PP.150-157

この非特許文献１では、「現状で考えられる杭を結合しない接合方法としては,次のような方法が提案されている」として、下記（１）〜（４）の方法が説明されている。
（１）従来の小口径杭による地盤改良を意図して、杭頭と基礎スラブの間に砕石や砂層を10cm程度はさみ、杭と基礎スラブの縁を切る方法。
（２）杭頭と基礎スラブの間にすべり材を介在させて、ピンあるいはローラーとする接合方法。
（３）杭頭部に鉄板やゴムを介在させる方法、あるいは,小径の鋼管と芯鉄筋を組み合わせて断面欠損部をつくる方法により回転を許容し、半固定とする接合方法。
（４）杭頭部に種々のダンパーを設置して、回転自由度を上げるとともに地震エネルギーを吸収させ、杭頭免震を指向する接合方法。

杭頭を剛結しない半剛接合(半固定)については下記非特許文献２にまとめられている。
「杭頭半剛接合構法」の調査報告、建築コスト研究、2008WINTER、pp.64-72、（財)建築コスト管理システム研究所新技術調査検討会

さらに、下記特許文献に示すように、地盤に打設された既製杭の杭頭部周囲側面および杭体内部の孔の側面に沿って若干の立ち上がり面を設け、立ち上がり面で囲われた内側の杭体上部に自己流動性を有する液体状固結材料を流し込み、固結材料の硬化固結後に立ち上がり面を除去し、水平面となった固結材料の上部に杭頭接合装置を設置する方法も提案されている。
特許第３２５６２０１号公報

この特許文献１では、杭頭部周囲側面および杭体内部孔の側面に沿って設ける立ち上がり面は、プラスチック製フィルム等の膜状体を側面に沿って巻き付ける方法、もしくは粘土状塑性物質を杭体上部の周縁部に土手状に接着配置する方法によって設けることとしている。

また、自己流動性を有する液体状固結材料には、石膏系セルフレベリング材料、セメント系モルタル材料、もしくはエポキシ系樹脂等の高分子材料を用いる。

前記特許文献１における杭頭接合装置の代表例は、杭頭部に若干の水平変位と主として回転性能を付与する「回転型接合装置」として、杭体頭部に連結用鋼管をかぶせ、その上部にある２枚の鋼板に挟まれたゴム体の水平せん断変形と回転変形により杭頭固定度をかなり自由に設定できるものである。

また、下記特許文献等には、凸部を有する球座と凸部に嵌合する凹部を有する受座とが、凸部及び凹部を面どうしで接する状態で連結されるようにして、基礎梁からの水平力を既存杭の杭頭部に作用し難くし、既存杭の杭頭部に発生しやすい水平耐力や曲げ応力を緩和するものがある。
特開２００３−３０６９４９号公報特開２００２−０７００３８号公報特開２００５−３３６９０１号公報特許第３７４１４２６号公報

杭の耐震設計が法令上義務付けられた２０００年より前では、超高層建築物や重要建築物などの場合を除き、ほとんどの杭は耐震設計されていない。

また、今日においても稀に発生する地震動に対して杭を耐震設計しているのであって、１９８１年から実施されている極めて稀に発生する地震動に対する耐震設計は上部建物に対してのみ義務になっている。したがって、一般的に言えば、既存杭の耐震性能すなわち水平抵抗力は低い。

既存建物を建替える時には、杭を全て新規に施工する場合と既存杭を利用する場合がある。水平抵抗力が低い既存杭を利用する場合は、既存杭を補強するか、地震による水平力の入力を低減するか、のどちらかの対策を取る。既存杭の補強は地盤掘削を伴うため工期・コストがかかるので、水平力低減の方が適している。

また、水平力をほぼ完全に伝達させない杭頭免震はコストが高く、杭頭上面の水平性など高い施工性を要求される。前記非特許文献１や非特許文献２でも、水平力低減の目的を有するものがほとんどであるが、コスト的に高価なものである。

さらに、前記特許文献１も水平力低減は杭頭接合装置により行うものであり、この杭頭接合装置自体が高価であり、しかも、特許文献１の発明の主な狙いは、杭頭接合装置が所要の性能を発揮できるように、上面に不陸があったり、傾斜している杭頭上部に滑らかな水平面を形成することにあるに過ぎない。

前記特許文献２〜５の凸部を有する球座と凸部に嵌合する凹部を有する受座との接合では、接合面に回転が生じることにより、基礎梁と前記既存杭との接合角度は自在に変化できるため、前記既存杭の杭頭部に生じやすい大きな曲げモーメントを低減できるとしているが、既存杭の水平抵抗に見合った、適切な水平力だけを杭頭部へ伝達できるような配慮はなされていない。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、杭体の水平抵抗に見合った、適切な水平力だけを杭頭へ伝達できるので、新規に施工する杭頭のみならず、既存杭利用の場合も、杭の水平抵抗能力に応じた適切な水平力を杭頭部に作用させることができる施工しやすい杭頭の接合構造を提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、パイルキャップと杭間に、ボルト、インゴット又はコンクリートブロックなどの滑らない回転可能な小片で、杭頭に作用する水平力が（杭頭に作用する鉛直力）×（小片とパイルキャップの接点と小片と杭との接点の幅）／（小片の高さ）を超えると、回転し始める小片をパイルキャップと杭に対して横滑りしないだけの摩擦力をもって並べて配設し、この小片群を用いてパイルキャップと杭とを接続することを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、杭頭には鉛直力、水平力やモーメントが作用するが、杭頭の鉛直力の内、圧縮力については、パイルキャップ-杭間に設置したボルト、インゴット、コンクリートブロックなどの小片により伝達する。

引張力については、小片が離れるので伝達しない。

杭頭に作用する水平力とモーメントは、回転モーメントが鉛直力によって生じることから、小片が回転し始め、水平力が減少する。したがって、杭頭に作用する水平力を低減できる。

請求項２記載の本発明は、回転可能な小片は、杭頭に敷いた剛板上に設置し、パイルキャップ側にも剛板を置くことを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、前記作用に加えて、剛板により、小片の回転運動によって、パイルキャップや杭頭が損傷することを防止することができる。

請求項３記載の本発明は、小片の角を丸くすることを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、小片がコンクリートブロックで形状が角張っている場合、小片の回転に伴い、小片の角が剛板にめり込み、欠ける可能性があるが、小片の角を丸くすることにより、このような不都合を防止できる。

以上述べたように本発明の杭頭の接合構造は、杭体の水平抵抗に見合った、適切な水平力だけを杭頭へ伝達できる。その結果、水平抵抗力の小さい既存杭であっても水平抵抗力以下の水平力を分担させることができるので、既存杭を利用する場合、既存杭の水平抵抗能力に応じた適切な水平力を既存杭頭部に作用させることができ、また、施工しやすいので、新設する杭を減じることが可能なものである。さらに、既存杭に限らず、新規に施工する杭頭にも適用可能なものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の杭頭の接合構造の１つの実施形態を示す説明図で、図中１は杭を示す。杭１は種類は場所打ち杭、既製杭を問わない。また、杭１は建替える前の建物で利用していた杭(既存杭)を対象とするが、新規施工する杭にも適用可能である。

杭１の上部(杭頭１ａ)とパイルキャップ２とが接合する場合、パイルキャップ２と杭１の杭頭１ａ間に、ボルト、インゴット又はコンクリートブロックなどの滑らない回転可能な小片３を横滑りしないだけの摩擦力をもって並べて配設し、この小片３群を用いてパイルキャップ２と杭１とを接続する。

通常の場合、杭頭１ａに剛性の高い板（剛板４）を敷き、その上にボルト、インゴット、コンクリートブロックなどの小片３を適宜間隔で複数設置する。

また、パイルキャップ２側にも剛板５を置き、これら剛板４と剛板５とで小片３を挟み込むようにした。

小片３は回転可能なように上下方向に長い縦長形状のものである。図４に小片３にボルトを用いた場合を示す。ボルトの場合は、ボルトヘッドがあるので、比較的安定して設置することができる。また、インゴットはいわゆる金属の塊であり、角柱状や円柱状のものを使用する。

小片３がコンクリートブロックで形状が角貼っている場合、小片の回転に伴い、小片３の角が剛板にめり込み、欠ける可能性があるので、図３に示すように小片３の角を丸くするようにした。

小片３は、ボルト、インゴット、コンクリートブロック以外には、ある程度の強度、硬度があるものであればよく、玉石（丸形状）も利用可能である。

また、小片３は回転可能なものであれば剛板４と剛板５間に外れないように係合させることができ、図示は省略するが例えば剛板４と剛板５に係合用の球面凹部を形成し、ここに角を丸くした小片３を嵌めこむようにしてもよい。

剛板４と剛板５は、さらに、他の実施形態として、図５に示すように孔４ａを開けたプレートを使用することもある。

施工では、まず、杭頭１ａに剛板４を敷き、その上にボルト、インゴット、コンクリートブロック等の小片３を設置し、パイルキャップ２側にも剛板５を置き、パイルキャップ２の配筋後、コンクリートを打設する。

杭頭１ａには鉛直力、水平力やモーメントが作用する。杭頭１ａの鉛直力の内、圧縮力については、小片３により伝達する。

引張力については、小片３が離れるので伝達しない。

杭頭１ａに作用する水平力とモーメントは図２に示すように比例関係があり、モーメントが鉛直力によって生じることから、水平力は鉛直力によって決まる。
Ｍ＝Ｎｄ
Ｒ＝Ｍ／Ｈ＝Ｎｄ／Ｈ

水平力が（鉛直力）×（小片とパイルキャップの接点と小片と杭との接点の幅）／（小片の高さ）を超えると、小片が回転し始め、水平力が減少する。したがって、杭頭杭頭１ａに作用する水平力を低減できる。

なお、水平力を低減すると、減少した水平力が他の杭に作用することになる。前の建物で利用していた杭(既存杭)を利用する場合、他の杭は十分にせん断補強した新規施工の杭とすれば問題なく地震に抵抗可能である。

剛板４，５は、小片３の回転運動によって、パイルキャップや杭頭が損傷することを防止する。

また、小片３角貼っている場合、小片３の回転に伴い、小片３の角が剛板にめり込み、欠ける可能性があるが、小片３の角を丸くすることによりそのようなおそれはない。

本発明の杭頭の接合構造の実施形態を示す説明図である。本発明の杭頭の接合構造の小片の回転を示す説明図である。本発明の杭頭の接合構造の小片の形状を示す側面図である。本発明の杭頭の接合構造で、小片にボルトを用いた場合の側面図である。本発明の杭頭の接合構造で、剛板の１例を示す斜視図である。

１…杭１ａ…杭頭
２…パイルキャップ３…小片
４，５…剛板４ａ…孔

Claims

パイルキャップと杭間に、ボルト、インゴット又はコンクリートブロックなどの滑らない回転可能な小片で、杭頭に作用する水平力が（杭頭に作用する鉛直力）×（小片とパイルキャップの接点と小片と杭との接点の幅）／（小片の高さ）を超えると、回転し始める小片をパイルキャップと杭に対して横滑りしないだけの摩擦力をもって並べて配設し、この小片群を用いてパイルキャップと杭とを接続することを特徴とした杭頭の接合構造。
回転可能な小片は、杭頭に敷いた剛板上に設置し、パイルキャップ側にも剛板を置く請求項１記載の杭頭の接合構造。
小片の角を丸くする請求項２記載の杭頭の接合構造。